Тепломасообмін та гідродинаміка елементів сепаратора пароперегрівача ВВЕР - 1000

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorТуз, Валерій Омельянович
dc.contributor.authorКулеш, Назарій Сергійович
dc.date.accessioned2024-09-12T11:55:59Z
dc.date.available2024-09-12T11:55:59Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractКулеш Н.С. Тепломасообмін та гідродинаміка елементів сепаратора пароперегрівача ВВЕР - 1000. -Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 142 «Енергетичне машинобудування ». - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", МОН України, Київ, 2024. Дисертаційна робота присвячена вивченню тепломасообміну та гідродинаміці елементів сепаратора пароперегрівача реакторної установки ВВЕР - 1000. У вступі обґрунтовано актуальність роботи, визначено мету, об’єкт та предмети дослідження. Вказано наукову новизну отриманих результатів та надано інформацію щодо особистого внеску здобувача. Також надано інформацію про апробацію результатів роботи. Описано структуру та обсяг дисертаційної роботи. Одна з основних умов тривалої безаварійної роботи турбінного обладнання блоку АЕС - якісна сепарація краплинної рідини, яка може утворюватися в процесі винесення рідини з об'єму парогенератора або при конденсації вологої пари. Для забезпечення ефективності роботи сепараційних пристроїв необхідно знати особливості взаємодії рідини і газу, а також діапазон робочих параметрів, в межах яких реалізується стійкий режим перебігу плівки рідини і відсутнє вторинне винесення. Збільшення діапазону стійкої роботи сепараційного пристрою в результаті забезпечення умов, за яких не відбувається порушення режиму течії, пов'язаного з краплинним винесенням рідини, це досягається екрануванням поверхні контакту сітчастим матеріалом, в результаті чого рідина рухається в структурі сітчастого покриття. У першому розділі представлено літературний огляд по основним типам турбін АЕС та сепараторів- пароперегрівачів . Проаналізовано найбільш розповсюджені типи турбін та сепараторів пароперегрівачів. Визначено особливості парових турбін для атомних енергетичних установок. Створення швидкохідних турбін для АЕС потужністю 1000 МВт і більше вимагає застосування складних рішень. При зменшенні об'ємної витрати пари в конденсатор, пов'язаного з підвищенням у ньому тиску, суттєво збільшується одинична потужність турбоагрегату при фіксованій сумарній площі вихлопу, але при цьому різко знижується економічність електростанції. Тому для великих одиничних потужностей (1000 МВт і більше) доцільно застосовувати тихохідні турбіни. Розглянуто робочий процес розширення пари, що представлений на рисунках та діаграмах та процес сепарації вологи та її типи. З проточної частини турбіни практично вдається видаляти лише великодисперсну вологу, яка становить невелику частку від загального вмісту вологи. Разом з тим організація такого видалення вологи дуже ефективне, оскільки саме великі краплі та плівки викликають ерозію лопаток та інших елементів проточної частини, а також є причиною механічних втрат від вологості. У турбінах АЕС для зниження кінцевої вологості пари застосовуються два способи позатурбінного вологовидалення - або проміжна сепарація, або сепарація з наступним паровим перегріванням відсепарованої пари. Застосування того чи іншого способу, а також вибір параметрів, при яких здійснюються видалення вологи та перегрів, визначається принциповою тепловою схемою турбоустановки на підставі техніко-економічних розрахунків. Другий розділ присвячено дослідженню гідродинаміки парорідинних потоків у криволінійних каналах сепараційний пристроїв енергетичних установок розглянуто один із напрямів підвищення техніко-економічних характеристик і надійності роботи енергетичного обладнання. Крапельна рідина у двофазному потоці приводить до ерозійних і корозійних процесів у трубопроводах, камерах згорання газотурбінних двигунів (ГТД) і в циліндрах низького тиску парових турбін (ЦНТ). Отримання гомогенного робочого тіла можливо шляхом переведення крапельної вологи у паровий стан (нагрів) або шляхом використання сепараційних пристроїв. В багатьох випадках використання бар’єрних фільтруючих елементів не можливо, тому єдиним шляхом забезпечення необхідної якості робочого тіла є використання інерційних сепараційних пристроїв, у тому числі жалюзійних. Основним чинником, який впливає на ефективність процесу сепарації є відсутність контакту з поверхнею жалюзі при русі в потоці вологої пари крапель малого розміру. Цей процес залежить від фізикохімічних властивостей вологої пари, дисперсності крапель, параметрів руху двофазного середовища, адгезії і крайового кута, геометрії каналу. Третій розділ присвячений дослідженню гідродинаміки та теплообміну двофазних середовищ. При проєктуванні технологічного обладнання, в якому в якості робочого тіла використовується волога пара, у більшості випадків, не враховується особливості взаємодії між краплями рідини і теплообмінною поверхнею, що приводить до невідповідності параметрів теплоносія реальним значенням. В повній мірі це стосується парових турбін, які працюють на вологій парі, вологовміст якої залежить від первинного і вторинного виносу крапель рідини з сепараційних блоків. У розділі визначені граничні режими вторинного виносу крапель рідини з гребнів хвиль плівки. На підставі узагальнення результатів експериментальних досліджень порушення гідродинаміки руху двофазного потоку у каналі отримана кореляція критичних значень параметрів двофазного потоку для визначення нижньої границі процесу захлинання від густини зрошування, геометричних характеристик каналу і фізичних властивостей рідини і газу. Представлені результати оцінки ефективності конструкції теплообмінної поверхні при зміні параметрів теплоносія і робочого тіла, а також геометричних характеристик оребрення теплообмінної труби. Для труб з повздовжнім оребренням п-подібного профілю отримані кореляції, на підставі яких рекомендується виконувати оптимізацію геометричних характеристик оребрення. У четвертому розділі виконаний аналіз та обробка отриманих результатів проведені випробування турбіни К-1000-60/3000 в діапазонів від 400 до 1000 МВт на обладнанні науково-дослідного центру надійності та безпеки АЕС та навчально-наукового центру підтримки ядерної захищеності, мультифункціональному тренажері реакторної установки РАЕС – 3, ВВЕР-1000 при цьому було відмічену зміну параметрів турбіни зокрема tпп . Маючи параметри з реального об’єкту, паспорту і з мультифунціонального тренажеру, показані реальні зміни режимів роботу, однією з об’єктивних причин зміни режимів роботи по паспорту є процеси в СПП, такі як збільшення термічного опору контакту між оребренням та основною трубою. Для якісного аналізу та обробки даних, були використані дані з блоку 3 РАЕС ВВЕР-1000 та дані взяті з лабораторії ( тренажера), в якій встановлений симулятор блоку РАЕС 3 ВВЕР-1000, та паспортні параметри обладнання, вважаємо що порівняння даним є компетентним так як тренажер працює в режимі нового обладнання та не враховує наслідки експлуатації енергетичної установки зокрема обладнання другого контуру. Аналіз промислових випробувань показує що температура перегрітої пари після СПП менша на t = 5 ℃ , найбільш вірогідною причиною такої неузгодженості є виникнення додаткового термічного опору контакту між повздовжнім оребренням і основною трубою.Погіршення контакту пов’язано зі значним терміном експлуатації касет СПП в наслідок виникання термічних напружень в результаті зміни режимів роботи блоку та якості зварювальних робіт тому залежність для визначення коефіцієнту теплопередачі необхідно внести величину додаткового термічного контакту (Rk).
dc.description.abstractotherKulesh N.S. Heat and mass transfer and hydrodynamics of the separator elements of the VVER superheater - 1000. -Qualifying scientific work with manuscript rights. Dissertation for obtaining the scientific degree of Doctor of Philosophy in specialty 142 "Energy Engineering". - National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute named after Ihor Sikorskyi", MES of Ukraine, Kyiv, 2024. The dissertation is devoted to the study of heat and mass transfer and hydrodynamics of the separator elements of the steam superheater of the VVER - 1000 reactor unit. The introduction the relevance of the work is substantiated, the goal, object and subjects of the research are defined. The scientific novelty of the obtained results is indicated and information is provided regarding the personal contribution of the recipient. Information on the approval of work results is also provided. The structure and scope of the dissertation work are described. One of the main conditions for the long-term trouble-free operation of the turbine equipment of the NPP unit is the high-quality separation of droplet liquid, which can be formed during the removal of liquid from the volume of the steam generator or during the condensation of wet steam. To ensure the efficiency of the separation devices, it is necessary to know the peculiarities of the interaction of liquid and gas, as well as the range of operating parameters within which a stable mode of flow of the liquid film is realized and there is no secondary drift. Increasing the range of stable operation of the separation device as a result of ensuring the conditions under which there is no violation of the flow regime associated with droplet removal of the liquid, this is achieved by shielding the contact surface with mesh material, as a result of which the liquid moves in the structure of the mesh cover. The first chapter presents a literature review on the main types of NPP turbines and steam superheater separators. The most common types of steam superheater turbines and separators are analyzed. The features of steam turbines for nuclear power plants are determined. The creation of high-speed turbines for NPPs with a capacity of 1000 MW and more requires the application of complex solutions. When reducing the volume flow of steam into the condenser, associated with an increase in its pressure, the unit power of the turbine unit at a fixed total exhaust area increases significantly, but at the same time, the efficiency of the power plant decreases sharply. Therefore, for large unit capacities (1000 MW and more), it is advisable to use low-speed turbines. The working process of steam expansion, presented in figures and diagrams, and the process of moisture separation and its types are considered. From the flow part of the turbine, it is practically possible to remove only coarse moisture, which is a small part of the total moisture content. At the same time, the organization of such moisture removal is very effective, since it is the large drops and films that cause the erosion of blades and other elements of the flow part, and are also the cause of mechanical losses from moisture. In NPP turbines, two methods of off-turbine moisture removal are used to reduce the final humidity of the steam - either intermediate separation, or separation followed by steam reheating of the separated steam. The application of one or another method, as well as the choice of parameters at which moisture removal and overheating are carried out, is determined by the principle thermal scheme of the turbo installation on the basis of technical and economic calculations. The second is dedicated to the study of the hydrodynamics of vaporliquid flows in curvilinear channels of separation devices of power plants, one of the directions for improving the technical and economic characteristics and reliability of power equipment is considered. Droplet liquid in a two-phase flow leads to erosive and corrosion processes in pipelines, combustion chambers of gas turbine engines (GTE) and in low-pressure cylinders of steam turbines (CST). Obtaining a homogeneous working fluid is possible by converting droplet moisture into a vapor state (heating) or by using separation devices. In many cases, the use of barrier filter elements is not possible, so the only way to ensure the required quality of the working body is to use inertial separation devices, including blind ones. The main factor that affects the efficiency of the separation process is the lack of contact with the surface of the shutter when moving in the flow of small droplets of wet steam. This process depends on the physico-chemical properties of the wet vapor, the dispersion of the droplets, the parameters of the movement of the two-phase medium, adhesion and edge angle, and the geometry of the channel. The third is devoted to the study of hydrodynamics and heat exchange of two-phase media. When designing technological equipment, in which wet steam is used as the working fluid, in most cases, the peculiarities of the interaction between liquid droplets and the heat exchange surface are not taken into account, which leads to the mismatch of the parameters of the heat carrier with real values. This fully applies to steam turbines that operate on wet steam, the moisture content of which depends on the primary and secondary removal of liquid droplets from the separation blocks. The article defines the limiting regimes of the secondary removal of liquid droplets from the wave crests of the film. Based on the generalization of the results of experimental research on the disturbance of the hydrodynamics of the movement of the two-phase flow in the channel, a correlation of the critical values of the parameters of the twophase flow was obtained to determine the lower limit of the choking process depending on the irrigation density, the geometric characteristics of the channel, and the physical properties of the liquid and gas. The results of the evaluation of the effectiveness of the design of the heat exchange surface when changing the parameters of the heat carrier and the working medium, as well as the geometric characteristics of the fins of the heat exchange pipe, are presented. Correlations were obtained for pipes with longitudinal ribbing of the u-shaped profile, on the basis of which it is recommended to optimize the geometric characteristics of the ribbing. The fourth section, the analysis and processing of the obtained results were carried out, the tests of the K-1000-60/3000 turbine were carried out in the ranges from 400 to 1000 MW on the equipment of the research center for the reliability and safety of nuclear power plants and the educational and scientific center for supporting nuclear security, the multi-functional simulator of the reactor plant of RNPP - 3 , VVER-1000, at the same time, a change in the parameters of the turbine, in particular, was noted. Having parameters from a real object, a passport and from a multifunctional simulator, real changes in operating modes are shown, one of the objective reasons for changing operating modes according to the passport is the processes in the SSH, such as an increase in the thermal resistance of the contact between the fins and the main pipe. For qualitative analysis and data processing, we used data from unit 3 of the VVER-1000 RNPP and data taken from the laboratory (simulator) in which the simulator of the unit 3 of the VVER-1000 RNPP is installed, as well as the passport parameters of the equipment, we believe that the data comparison is competent as the simulator works in the mode of new equipment and does not take into account the consequences of the operation of the power plant, in particular the equipment of the second circuit. The analysis of industrial tests shows that the temperature of the superheated steam after SSH is lower by t = 5 ℃, the most likely cause of this discrepancy is the occurrence of additional thermal contact resistance between the longitudinal fins and the main pipe. The deterioration of the contact is associated with a significant service life of SSH cassettes as a result of the occurrence of thermal stresses as a result of the change in the operating modes of the unit and the quality of welding work, therefore, the dependence to determine the heat transfer coefficient must include the value of additional thermal contact (Rk).
dc.format.extent115 с.
dc.identifier.citationКулеш Н.С. Тепломасообмін та гідродинаміка елементів сепаратора пароперегрівача ВВЕР - 1000 : дис. … д-ра філософії : 142 Енергетичне машинобудування / Кулеш Назарій Сергійович. – Київ, 2024. – 115 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/68914
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectграничні режими двофазного середовища
dc.subjectрекуперативний теплообмінний апарат з п-подібним оребренням
dc.subjectволога пара
dc.subjectрух двофазного середовища
dc.subjectжалюзійний сепаратор
dc.subjectкриволінійний рух краплі
dc.subjectгідравлічна розвірка
dc.subjectтепломасообмін
dc.subjectтурбулентність
dc.subjectmovement of two-phase medium
dc.subjectshutter separator
dc.subjectcurvilinear movement of a drop
dc.subjecthydraulic calibration
dc.subjectboundary modes of a two-phase medium
dc.subjectrecuperative heat exchanger with u-shaped fins
dc.subjectwet steam
dc.subjectheat transfer
dc.subjectmathematical modeling
dc.subjectturbulent viscosity
dc.subject.udc536.248.2
dc.titleТепломасообмін та гідродинаміка елементів сепаратора пароперегрівача ВВЕР - 1000
dc.typeThesis Doctoral

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Kulesh_dys.pdf
Розмір:
2.43 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Дисертації (АЕ)
Дисертації (вільний доступ)